關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的初步探討

王永超

摘 要：高層建筑是當(dāng)今城市發(fā)展的主旋律，其結(jié)構(gòu)體系作為高層結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)所在，在建筑高度功能得到大力發(fā)展的同時，其結(jié)構(gòu)選型也在逐步變化。本文從高層建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性入手，分析了其設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：高層建筑；建筑物；結(jié)構(gòu)選型；設(shè)計

近些年來，為了更好的緩解當(dāng)今人地矛盾，高層建筑不斷涌現(xiàn)，由此引發(fā)了人們對高層建筑結(jié)構(gòu)選型問題的思考。同時，為了更好的保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，就需要合理的選用建筑設(shè)計方案，以實現(xiàn)高層建筑產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)選型的重要性

建筑工程項目中，設(shè)計是最為關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，高層建筑作為建筑領(lǐng)域的重要組成部分，做好設(shè)計更是不容忽視。目前工作中，為了能夠保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，就需要嚴(yán)格依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計規(guī)章及制度，結(jié)合工程實際，在充分考慮建筑物抗震性、經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上加以優(yōu)化。就目前的高層建筑結(jié)構(gòu)選型而言，具體包含了以下幾個方面。

1、多元化要求

近期，建筑物的多元化、功能化已成為時代發(fā)展的必然趨勢，這也必然導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案在平面立體上和內(nèi)部空間布局上追求多元化、綜合化及復(fù)雜化。但是面對這種時代發(fā)展需求，住戶室內(nèi)大空間、個性化又產(chǎn)生新矛盾。

2、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化方式

隨著建筑物高度與規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高層建筑物的投資、工程建設(shè)周期也在不斷的增長，建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)優(yōu)化已成為當(dāng)今業(yè)界談及最多的問題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化其形式優(yōu)化已成為當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計的重點，也是其布局與構(gòu)件參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。

3、因素的復(fù)雜化

城市化建設(shè)進(jìn)程的增加，各地高層建筑不斷聳立，高層建筑施工建設(shè)所涉及的因素越來越復(fù)雜，系統(tǒng)、綜合、多變的選型模式越來越常見，對建筑專業(yè)的知識要求也在不斷復(fù)雜。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)分類現(xiàn)狀

高層建筑建設(shè)中，設(shè)計工作十分關(guān)鍵，而高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個工程建設(shè)的基礎(chǔ)，目前雖然說高層建筑設(shè)計工作已經(jīng)取得不菲的成績，但上存在許多問題需要改進(jìn)與完善。尤其是在建設(shè)和諧社會主義新時代，加強高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計對工程整體質(zhì)量有著重要意義。要想做到這一目的，就必須提前分類好高層建筑結(jié)構(gòu)分類現(xiàn)狀。

1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系

在高層建筑工程項目中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，這一建筑結(jié)構(gòu)合理的利用了鋼筋與混凝土兩種結(jié)構(gòu)之間的受力特性，讓建筑物整體性得到很大程度的提升。但同時鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也具有自重大，構(gòu)件截面大，抗裂性能差，延性較差，澆筑混凝土?xí)r需要模板和支撐，戶外施工受到季節(jié)條件的影響， 修復(fù)和補強比較困難等缺點而限制了它的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系型式主要有框架、剪力墻、筒體、框架- 剪力墻以及框架- 筒體等，其中筒體又可分為框筒、單筒、多筒和束筒等。

2、鋼結(jié)構(gòu)體系

鋼結(jié)構(gòu)在我國高層建筑中的應(yīng)用還并不普遍，直到80 年代中期我國才在深圳建起了我國第一幢高層鋼結(jié)構(gòu)建筑“深圳發(fā)展中心大廈”， 但到目前為止我國已建和在建的高層鋼結(jié)構(gòu)已達(dá)到26 幢之多，取得了較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系型式主要有框架、框架- 支撐、筒體、巨型框架、巨型桁架以及懸掛體系等。

3、鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)體系

實踐已證明鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)能形成高效的抗側(cè)力體系， 取得用鋼量較小， 造價較低的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果， 已在30～80 層的高層建筑中得到推廣應(yīng)用， 但這種體系中兩種不同材料的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件之間的連接技術(shù)仍是當(dāng)前需進(jìn)一步研究的課題。鋼- 混凝土混合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系型式主要有鋼框架- 混凝土墻、鋼框架- 混凝土核心筒、鋼框架- 混凝土框筒、鋼框筒-混凝土墻以及鋼框筒- 混凝土核心筒等。

4、鋼- 混凝土組合結(jié)構(gòu)體系

鋼- 混凝土組合結(jié)構(gòu)主要包括型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC） 是指混凝土內(nèi)含型鋼的勁性配筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)存在和鋼筋混凝土類似的缺點， 但它具有承載力高， 抗裂性和抗震性能較好等優(yōu)點， 在一些高層建筑的底部數(shù)層或跨度較大部分和重荷載部分得以應(yīng)用，能在不顯著提高造價的情況下增強結(jié)構(gòu)的抗震性能，減小構(gòu)件截面，并能加快施工速度。

三、針對高層建筑結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行設(shè)計

1、結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的條件

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計前，需要對建筑結(jié)構(gòu)的功能要求進(jìn)行充分的分析，在滿足相應(yīng)功能要求的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)合理的高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計。在高層建筑選型上，需要充分的考慮到各種建筑結(jié)構(gòu)形式，并針對材料的選用情況進(jìn)行慎重的分析。一般來說，很多的建筑成本花費最高的階段就是結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，而且在這一階段，施工工期也相對較長。所以，有效的保障結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的質(zhì)量，就能夠使得高層建筑建設(shè)的整體質(zhì)量得到保障。

2、結(jié)構(gòu)選型的重要性

結(jié)構(gòu)選型對于結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)來說，有著重要的影響作用。如果出現(xiàn)選型不恰當(dāng)?shù)膯栴}，那么就會使得結(jié)構(gòu)設(shè)計也存在相應(yīng)的偏差，結(jié)構(gòu)的安全性和耐用性就會大打折扣。因此，就需要合理的進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)選型。在一些特定的區(qū)域，如非地震帶，高層建筑的結(jié)構(gòu)選型，需要充分的考慮到水平荷載和風(fēng)荷載這兩種荷載因素。在這一區(qū)域，高層建筑結(jié)構(gòu)需要選用抗風(fēng)性較強的結(jié)構(gòu)形式，而建筑的體型則需要選用風(fēng)壓系數(shù)相對較小的體型。

而在對建筑結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行設(shè)計的過程中，則需要合理的對平面結(jié)構(gòu)的形態(tài)和剛度進(jìn)行精確的設(shè)計，以保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在地震高發(fā)區(qū)域，建筑選型需要充分的考慮到地震因素，將宏觀調(diào)控作為主要的指導(dǎo)方針，有針對性的對高層建筑整體方案進(jìn)行設(shè)計，構(gòu)建相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系，使得抗震效果得到最大化的體現(xiàn)。

3、建筑的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計具有一致性

建筑的形式有很多種，主要為多層建筑、高層建筑和低層建筑。無論是何種形式的建筑，其在水平結(jié)構(gòu)體系設(shè)計以及豎向結(jié)構(gòu)體系設(shè)計上，均參照一致的原理。然而，在建筑樓層逐漸增多的基礎(chǔ)上，豎向結(jié)構(gòu)體系在設(shè)計上也需要進(jìn)行控制。之所以會出現(xiàn)這樣的情況主要是因為在建筑樓層數(shù)增多的情況下，豎向荷載也會增大，對于支撐柱、墻和井筒的要求就會提高。同時，在建筑側(cè)面所呈現(xiàn)出的傾覆力以及剪切力等也會相應(yīng)的增大，因此要合理的對設(shè)計進(jìn)行控制。

高層建筑與低層建筑和多層建筑在結(jié)構(gòu)荷載的設(shè)計上有著一定的不同，高層建筑需要克服的問題是變形的問題，有效的針對變形進(jìn)行抵抗。而低層建筑和多層建筑則主要需要解決的問題則是抗剪。要想能夠使得高層建筑筑足以抵抗相當(dāng)大的側(cè)向荷載和側(cè)移，常常不得不進(jìn)行專門的結(jié)構(gòu)布置，柱、梁、墻和板的截面總是要大一些。

四、結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市土地資源日趨緊張，對于房地產(chǎn)企業(yè)而言，土地意味著經(jīng)濟(jì)效益，所以每一寸土地都是寸土寸金。在這寸土寸金的土地上建筑多功能高效率的高層建筑是多數(shù)房地產(chǎn)企業(yè)的選擇，面對越來越多的高層建筑的興起，對結(jié)構(gòu)的選擇是至關(guān)重要的，好的選擇不僅能為建筑企業(yè)帶來高額的經(jīng)濟(jì)利益，還能實現(xiàn)建筑自身的美感，所以高層建筑的選型越來越成為房地產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的問題。

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